Principi di progettazione dell'acquedotto e dell'acquedotto di Siphon
Leggi questo articolo per conoscere i principi di progettazione dell'Acquedotto e dell'acquedotto di Siphon.
Principi di progettazione per l'acquedotto:
(i) Stima del disegno (massimo) Scarico di uno scarico:
Lo scarico da attraversare può essere piccolo o simile a un fiume. In tutti i casi è necessario ottenere preventivamente una corretta valutazione della portata massima o del flusso massimo di uno scarico.
(ii) Requisito di Waterway per uno scarico:
L'equazione perimetrale del regime di Lacey fornisce una buona base per il calcolo del corso d'acqua di drenaggio. L'equazione è
P w = 4, 825 Q 1/2
Dove, P w è la via d'acqua da fornire per lo scarico nel sito in metri. Q è lo scarico dell'inondazione dello scarico in m 3 / sec. Poiché i pilastri riducono l'effettiva via d'acqua disponibile, la lunghezza tra gli abutment (P w ) può essere aumentata del 20 percento. Quando la via d'acqua è fissata dall'equazione perimetrale del regime di Lacey, la condizione di regime nello scarico a monte ea valle della struttura non viene disturbata in modo apprezzabile. Per confinare l'acqua di drenaggio verso il canale idroviario desiderato si possono costruire banchi di guida.
(iii) Velocità del flusso attraverso il barilotto:
La velocità del flusso attraverso la canna può variare da 1, 8 m / sec a 3 m / sec. La ragione per selezionare questo intervallo è che le velocità più basse possono causare l'insabbiamento nei barili. Mentre quando la velocità è superiore a 3 m / sec il carico del letto può causare l'abrasione del fondo della canna e successivamente può essere danneggiato.
(iv) Altezza di apertura:
Una volta fissata la portata e la velocità del corso d'acqua, è possibile ottenere facilmente la profondità del flusso. Dovrebbero esserci sufficienti passi avanti o spazio tra l'HFL e il fondo del letto del canale. Una distanza di 1 metro o metà dell'altezza del canale sotterraneo, a seconda di quale valore sia inferiore, sarebbe sufficiente. Quindi, Altezza di apertura = Profondità di flusso + Spazio libero o interstizio.
(v) Numero di campate:
Dopo aver determinato la lunghezza totale di un acquedotto tra gli abutment, il numero di campate da fornire può essere fissato sulla base delle seguenti due considerazioni:
io. Forza strutturale richiesta, e
ii. Considerazione economica
Ad esempio, quando vengono utilizzati gli archi, il numero di span da fornire potrebbe essere maggiore. Quando il costo della costruzione nella fondazione è piuttosto alto, è necessario adottare un numero limitato di span e quindi utilizzare i raggi RCC.
(vi) Canal Waterway:
Generalmente il rapporto di fluming è pari a 1/2. Questo rapporto è adottato in modo tale che la velocità del flusso nel trogolo non superi il limite di velocità critico. Generalmente la velocità di flusso non dovrebbe essere superiore a 3 m / sec. Questa precauzione è presa per evitare la possibilità di formazione di un salto idraulico. La ragione ovvia è che quando il salto idraulico si forma assorbe energia. In questo processo si perde la preziosa testa e si generano forti sollecitazioni nella struttura.
(vii) Lunghezza della contrazione o transizione di avvicinamento:
Una volta che la larghezza alla gola è fissa, è possibile determinare la lunghezza della contrazione dopo aver conosciuto il rapporto di convergenza. Il rapporto di convergenza è generalmente preso come 2: 1 (orizzontale: laterale), cioè non più ripido di 30 °.
(viii) Durata della transizione di espansione o di uscita:
La lunghezza dell'espansione sul lato a valle dell'acquedotto può essere corretta dopo aver conosciuto il rapporto di espansione. Il rapporto di espansione è generalmente preso come 3: 1 (orizzontale: laterale), cioè non più ripido di 22, 5 °. Per mantenere il flusso aerodinamico e anche per ridurre la perdita di carico, le transizioni sono generalmente costituite da pareti alveolari curve e svasate.
La progettazione della transizione può essere elaborata utilizzando uno dei seguenti tre metodi:
io. Il metodo di Hind;
ii. Il metodo di transizione iperbolico di Mitra;
iii. Metodo di transizione parabolico semi-cubico di Chaturvedi.
Si può notare che, mentre il metodo di Hind può essere usato quando varia anche la profondità dell'acqua nella sezione normale e il canale di scarico, i restanti due metodi possono essere usati solo quando la profondità dell'acqua rimane costante nella normale sezione del canale e nella sezione della depressione .
(ix) Connessioni bancarie:
Un acquedotto richiede quattro serie di pareti alari (due per il canale e due per il dram (fig. 19.24).
Le pareti delle ali del canale sul lato a monte e a valle dell'acquedotto proteggono e conservano la terra nelle sponde dei canali. La fondazione delle pareti dell'ala del canale non deve essere lasciata nella terra arginata. Le pareti dell'ala dovrebbero essere basate sul fondamento del suono nel terreno naturale. Nelle transizioni le pendenze laterali della sezione naturale (in genere 11/2: 1) sono deformate per conformarsi alla forma (generalmente verticale) del canale sopra lo scarico.
Le pareti dell'ala di drenaggio sono fornite a monte ea valle della canna per proteggere e mantenere i lati naturali dello scarico. Mentre il letto dello scarico viene sgrassato durante le inondazioni, le pareti delle ali di drenaggio devono essere prelevate in profondità nella fondazione al di sotto della profondità massima. Le pareti delle ali dovrebbero essere riportate sufficientemente nella parte superiore dei banchi di guida. Le pareti dell'ala dovrebbero essere progettate per consentire l'entrata e l'uscita del flusso nello scarico.
Il metodo di Hind per la progettazione della transizione:
Questo metodo si basa sulla premessa che vi sia una perdita minima della testa, che il flusso sia semplificato e che le normali condizioni di flusso nel canale siano ripristinate prima che le scariche del canale passino sulla sezione di terra immediatamente dopo le transizioni curve e svasate.
In Fig. 19.25 viene mostrata la transizione di contrazione o avvicinamento, la porzione di gola e la transizione di espansione o di partenza. Si può notare che le sezioni 1-1, 2-2, 3-3 e 4-4 indicano rispettivamente l'inizio della contrazione, la fine della contrazione, l'inizio dell'espansione e la fine dell'espansione.
Pertanto la transizione di contrazione o avvicinamento si trova tra le sezioni 1 e 2, la gola tra le sezioni 2 e 3 e la transizione di espansione o partenza tra le sezioni 3 e 4. Fino alla sezione 1 e oltre la sezione 4 il canale scorre nelle sue condizioni normali e quindi i parametri del canale a questi due punti sono uguali e già noti. Quindi anche le condizioni di flusso e i parametri del canale sono le stesse tra le sezioni 2 e 3 che rappresenta la gola o la porzione di fondo.
La procedura di progettazione può essere delineata come segue:
Lascia che D e F con gli indici appropriati facciano riferimento a profondità e velocità in quattro sezioni Anche perché i livelli e le dimensioni dei canali sono già noti nella sezione 4-4:
Passaggio 1: TEL nella sezione 4-4 = Altezza superficie dell'acqua + V 2 4 / 2g
dove elevazione della superficie dell'acqua al sec. 4-4 = Livello letto + D 4
(Ricorda che TEL è l'abbreviazione della linea di energia totale)
Step 2: TEL al sec. 3-3 = (TEL at sec 4-4) + (perdita di energia tra 3 e 4) La perdita di energia tra le sezioni 3-3 e 4-4 avviene a causa dell'espansione delle linee di corrente e anche a causa dell'attrito. Trascurare la perdita dovuta all'attrito che è piccola e prendere perdite a causa dell'espansione
Passaggio 5:
Come menzionato nelle prime quattro fasi, il livello del letto, il livello della superficie dell'acqua e il livello della linea di energia totale possono essere determinati nelle quattro sezioni.
Ora la linea TE, la linea di superficie dell'acqua e la linea di base possono essere disegnate come segue:
(a) Ora la linea di energia totale può essere disegnata unendo questi punti in quattro sezioni con una linea retta.
(b) La linea di base può anche essere disegnata come linee rette tra sezioni adiacenti se la caduta o l'alzata del livello del letto è piccola. Gli angoli dovrebbero essere arrotondati. Nel caso in cui la caduta della linea del letto sia apprezzabile, le linee del letto dovrebbero essere unite con una curva inversa tangenziale liscia.
(c) È ora chiaro che tra due sezioni consecutive la caduta del livello della superficie dell'acqua può essere dovuta a (i) caduta nella linea TE tra le due sezioni; (ii) aumento della velocità della testa in contrazione; e (iii) diminuzione della velocità della testa in espansione.
Questo calo della superficie dell'acqua viene negoziato da due curve paraboliche. Come mostrato in Figg. 19.26 e 19.27 per la contrazione (transizione di avvicinamento) e l'espansione (transizione di partenza) questo si ottiene per curva convessa verso l'alto seguita da curva concava verso l'alto nella prima transizione e curva concava verso l'alto seguita da una curva convessa verso l'alto nella seconda transizione.
Può essere visto da Figs. 19.26 e 19.27
L = Lunghezza della transizione (contrazione o partenza) = 2x 1 e
2y 1 = Caduta o aumento totale della superficie dell'acqua. Il punto m è il punto medio della lunghezza della transizione ed è situato per dividere equamente la caduta totale e la lunghezza.
Prendendo la superficie dell'acqua al punto di sezione come è data l'equazione di origine della parabola
y = cx 2
Sostituendo i valori noti di y 1 e x 1
c = y 1 / x 2
Con questo valore di c le curve superficiali dell'acqua parabolica possono essere tracciate a partire da punti di sezione che rappresentano l'origine.
L'equazione da utilizzare per la stampa è ora ridotta a
y = (y 1 / x 1 2 ). x 2
Pertanto, è possibile tracciare il profilo della superficie dell'acqua.
Passaggio 6: è possibile ottenere la velocità e l'area di flusso in vari punti
(i) La velocità in qualsiasi punto è data dalla differenza tra TEL e superficie dell'acqua.
Velocità testa h v = TEL - Linea WS
Anche = h v = v 2 / 2g
Quindi velocità (V) in ogni punto = √2g.h v
(ii) L'area del flusso in qualsiasi punto può ora essere ottenuta con una formula semplice
A = Q / V
Con valori noti di A e D altre dimensioni del canale trapezoidale possono essere calcolate utilizzando la formula
A = BD + SD 2
dove B è larghezza letto e S: 1, cioè, (H: V) è la pendenza laterale.
In caso di pareti alveolari svasate, le pendenze laterali vengono gradualmente portate in verticale da una pendenza iniziale. Il valore della pendenza laterale in qualsiasi sezione intermedia nella lunghezza della transizione può essere interpolato in proporzione alla lunghezza della transizione raggiunta fino a quel punto.
Metodo di transizione iperbolica di Mitra :
Questo metodo si basa sul principio che :
io. Oltre alla scarica, anche la profondità del flusso nel canale è costante; e
ii. La velocità di variazione della velocità per unità di lunghezza della transizione è costante per tutta la lunghezza della transizione.
Dalla Fig. 19.25 si può vedere che:
B 0 = larghezza normale del letto del canale;
B t = larghezza del letto nella gola o depressione;
B x = larghezza a qualsiasi distanza x dall'estremità del canale;
e L = lunghezza totale della transizione.
Metodo di transizione parabolico semi-cubico di Chaturvedi:
Si afferma che (fare riferimento alla Fig. 19.25 per le annotazioni)
Principi di progettazione per l'acquedotto di Siphon:
È chiaro che gli acquedotti del sifone sono sostanzialmente diversi dagli acquedotti ordinari. Poiché tali criteri per la progettazione dell'acquedotto non sono sufficienti nella progettazione degli acquedotti a sifone.
Oltre alle considerazioni di cui sopra, i seguenti criteri dovrebbero essere adottati durante la progettazione degli acquedotti del sifone:
(i) Scarico tramite Sifone:
La testa che causa il flusso (rappresenta anche la perdita di carico in barile) attraverso il cilindro del sifone invertito può essere ottenuta dalla formula di Unwin
dove h è la testa che causa il flusso, è anche la perdita della testa nella canna in m.
L è la lunghezza del barile in m.
R è il raggio medio idraulico del barile in m.
V è la velocità del flusso attraverso il cilindro in m / sec.
V a è la velocità di avvicinamento in m / sec, è generalmente trascurata.
f 1 è un coefficiente per la perdita della testa all'ingresso e generalmente preso come 0, 505.
f 2 è un coefficiente che tiene conto dell'attrito nella canna.
dove a e b sono costanti.
La seguente tabella 19.2 fornisce i valori di aeb per le diverse superfici:
La velocità del flusso attraverso la canna è generalmente limitata a 2 o 3 m / sec.
Pertanto, poiché tutti i valori sono noti, è possibile calcolare la perdita di carico nel flusso che causa la canna o la testa. Questo valore aggiunto al livello di Flood High (HFL) sui d / s dell'acquedotto dà U / s HFL.
Aggiungendo una scheda gratuita all'H / S di HFL, possiamo ottenere la parte superiore della protezione del fiume come i bund guida e i bund marginali.
(ii) Pressione di sollevamento sul tetto del barile:
Mentre la canna funziona a pieno durante le inondazioni, esiste una pressione positiva nella canna. A causa della pressione positiva nella canna, il tetto è soggetto alla pressione di sollevamento. Il diagramma della pressione di sollevamento per il tetto può essere disegnato conoscendo la testa di pressione sul lato u / se d / s della canna.
La testa di pressione sul lato d / s della canna è uguale all'altezza del livello dell'acqua sopra il fondo del tetto. La testa di pressione sul lato u / s può essere ottenuta aggiungendo la perdita di testa nella canna alla testa di pressione sul lato d / s. La perdita di testa può essere ottenuta dalla formula di Unwin. La Figura 19.28 mostra il profilo della linea di gradiente idraulica che può esistere. Si può vedere che la massima pressione di sollevamento si verifica alla fine della canna del tetto.
Durante la progettazione del trogolo è necessario considerare due condizioni estreme, vale a dire:
io. La canna funziona a pieno durante l'alluvione massima e non vi è acqua nel canale. Questa condizione dà la massima pressione di sollevamento che agisce sul trogolo.
ii. Il condotto del canale sta portando la scarica completa ma la canna non funziona a pieno e quindi non c'è sollevamento sul tetto della canna.
Al fine di limitare lo spessore del trogolo è consigliabile fornire un tetto in cemento armato con rinforzo sul fondo per caricare il canale e il rinforzo in cima per resistere alla pressione di sollevamento mediante piegatura.
(iii) Pressione di sollevamento sul pavimento della canna:
A differenza di altre strutture idrauliche, gli acquedotti sono sottoposti a due diversi tipi di pressioni di sollevamento da due diverse fonti. Sono i seguenti:
(a) Pressione statica di sollevamento dovuta all'aumento nella tabella delle falde acquifere:
La falda acquifera molte volte sale fino al livello del letto dello scarico. Soprattutto nel caso di acquedotto a sifone il cui fondo è abbassato sotto il letto del drenaggio, la pressione statica di sollevamento agisce sul pianale. La pressione di sollevamento è pari alla differenza tra il livello del letto dello scarico e quello del livello del pavimento della canna.
(b) Aumentare la pressione a causa di infiltrazione di acqua del canale allo scarico:
Dal momento che esiste una differenza di livello tra il livello dell'acqua del canale e il livello dell'acqua di drenaggio, il flusso di filtrazione avviene dove le condizioni sono favorevoli. Questa testa di infiltrazione è massima quando il canale funziona a piena capacità e non vi è flusso nello scarico sottostante. Come mostrato in Fig. 19.29 il flusso di infiltrazione in questo caso non è semplice, ma il modello di flusso è tridimensionale ovunque. Il flusso di infiltrazione inizia da entrambi i lati del letto del canale impervio e riappare su entrambi i lati del pavimento impermeabile della botte nello scarico.
Dal momento che non è possibile un'approssimazione al flusso bidimensionale, la teoria di Khosla non può essere applicata rigorosamente. La soluzione per intricato "metodo di rilassamenti" è possibile ma è troppo laboriosa. A scopo di progettazione, si può applicare il principio della creep di Bligh spiegato di seguito. Per i lavori principali, tuttavia, è essenziale verificare i risultati del progetto preliminare così ottenuto da studi modello.
Riferendosi alla Fig. 19.29.
Prendendo il caso del primo barile dove il massimo sarà la filtrazione, lunghezza totale del creep - (lunghezza creep ab) + (lunghezza creep bc)
L = L 1 + L 2
Testa di infiltrazione totale = canale FSL - d / s livello letto di scarico = H s
Testa di infiltrazione residua in b = -H s / L x L 2
La testa di infiltrazione residua totale in b può essere considerata per progettare lo spessore dell'intero pavimento di tutti i barili.
Lo spessore del pavimento della canna è infatti progettato considerando la pressione totale di sollevamento creata dalle condizioni di sollevamento statico e dal flusso di infiltrazione del canale sopra menzionato.
Al fine di limitare lo spessore del pavimento, la struttura RCC può essere adottata in quanto parte della pressione viene contrastata dal peso del pavimento e rimane dalla resistenza alla flessione del pavimento. In tale disposizione la pressione viene trasferita ai piloni ed è contrastata dall'intero peso della sovrastruttura.
Quando si vede che la pressione di sollevamento è molto alta, può essere ridotta fornendo protezioni adeguate.
Loro sono:
(a) Aumentare la lunghezza del pavimento impermeabile del letto del canale in modo da aumentare la lunghezza del creep;
(b) Fornire fori di drenaggio o fori di sfiato nel fondo della canna insieme al filtro invertito sotto il pavimento. Per evitare il soffocamento dei fori di scarico e il filtro sotto la soglia di scarico, i fori di scarico devono essere dotati di valvole a cerniera.
